检测IP地址冲突的幕后英雄：免费ARP，一分钟了解一下
概述
在日常工作中，我们会经常遇到IP冲突问题，尤其在使用静态IP的小型网络中，更是常见。究其原因，是因为人的思维在某些场景中是类似的，总有人也想要和你使用一样的IP。解决IP地址冲突需要专业设备和特殊配置，大部分时候我们都没有这样的条件，所以遇到IP地址冲突时，我们基本上都会在办公室吼上一嗓子：“谁用192.168.1.xx这个地址，我正在用呢！”。要是有回应还好，要是没回应，基本你只能换个地址了，IP地址冲突问题很难排查。
IP地址冲突
如何解决IP地址冲突，我们今天不做介绍，留在后续的文章里详述。咱们今天来看看PC是如何检测IP地址冲突的，了解其原理，会对我们以后的工作有帮助。
那PC是如何检测IP地址冲突的呢？这就涉及到一种特殊ARP：免费ARP，我们需要了解其工作原理。
免费ARP工作原理
免费ARP，英文名称是Gratuitous ARP，听起来有点奇怪，让人忍不住想：难道ARP还有收费的吗？其实是没有的，Gratuitous翻译为免费不太准确，其更好的说法应该是：PC在没有人询问的情况下，自问自答。
听起来还是有点不好理解，不过我们先看看正常ARP和免费ARP的工作流程，看过以后，就会明白了！
正常ARP工作流程
关于正常的ARP工作流程，相信大部分人都有所了解，我们用下面的例子做简单的描述：
正常ARP工作原理
假设3台PC都在一个VLAN里，并且它们都配置相同的网段，PC1想要访问PC2，必须先要获取到PC2的mac地址：
- PC1首先会发送ARP Request来请求PC2的MAC地址：“who has 10.1.1.2, tell 10.1.1.1”；
- PC2收到以后，就会发送ARP Reply：“10.1.1.2 is at 00-00-00-22-22-22”；
- PC1收到这个Reply，会记录在自己的ARP表项中，以后向PC2发送的所有数据，目的MAC地址都会使用这个值进行填充。
这就是正常的ARP工作原理，是不是很熟悉呢？我们再来看看免费ARP的工作原理。
免费ARP工作原理
免费ARP是何时发送的呢？大部分都是在PC想要使用某个IP地址的时候。不论是手工配置还是通过DHCP获取IP，PC在正式使用IP地址之前，都会发送免费ARP，以确认这个IP是可用的。
我们还是以一个例子来阐述：
免费ARP
假设3台PC都在一个VLAN里，PC2已经配置10.1.1.1/24这个地址，由于某种原因，PC1也想使用10.1.1.1/24这个地址：
- 在PC1配置10.1.1.1/24时，就会发送一个特殊的ARP Request报文，请求自己的MAC地址：“who has 10.1.1.1, tell 10.1.1.1”；
- 如果PC1没有收到任何的ARP Reply，则说明网络中没有人使用10.1.1.1这个地址，PC1可以正常使用；
- 但是如果PC1收到ARP Reply，例如这个例子中，PC2会给PC1回复ARP Reply，则表明在这个网络中，已经有人使用这个地址，有地址冲突了，PC1需要换别的地址。
是不是也觉得不复杂呢？上面的描述，用一句话概括就是：免费ARP收到回复就表明有冲突，没有收到回复就可以正常使用。
看到这里会不会有点疑问，免费ARP和正常的ARP如何区别呢？什么样的ARP才能被称为免费ARP呢？我们来看下面的内容。
如何区分免费ARP和正常ARP？
其实想要区分免费ARP和正常ARP，只需要看它们的报文内容就可以了，如下图：正常的ARP报文，发送者IP和目标IP是不一样的，目标IP填写是目的PC的IP地址；
正常ARP报文
而免费ARP，其发送者IP和目标IP是一样的，目标IP填写的也是发送者的IP，如下图所示：
免费ARP报文
是不是一目了然了？在实际工作中，如果我们抓取到发送者IP和目标IP相同的ARP报文，就可以断定这个ARP就是免费ARP报文。
IP地址冲突
理解免费ARP工作原理以后，再看PC如何检测IP地址就非常容易了。
PC检测IP冲突就是使用免费ARP来进行的：
- 当PC发送免费ARP，如果收到回复，就会立刻上报PC上层模块，告诉操作系统网络中有地址冲突，这个IP地址不能使用；
- PC操作系统也会在界面上给出如下图类似的提示：
PC提醒IP地址冲突
这就是IP地址的冲突检测机制。
总结
最后我们再总结一下IP地址冲突检测的工作原理：PC使用IP地址之前，会先发送免费ARP报文：
- 如果收到回复，则说明有地址冲突，这个IP不能使用；
- 如果没有收到回复，则说明网络中没有PC使用这个IP地址，可以正常使用
如果您还是对IP地址的冲突检测机制有疑问，欢迎留言讨论！也非常高兴您关注我的头条号，一起讨论网络问题，谢谢！
